HFZS1640型振动筛筛箱强度的有限元分析及优化设计

论文摘要

振动筛是近二十年来得到迅速发展的一种筛分机械,已广泛应用于采矿、冶金、石化、建筑等工业部门。振动筛筛箱在强大的交变激振力作用下很容易发生疲劳损坏。振动筛设计规范要求振动筛工作过程中筛箱动应力必须小于24.5Mpa。因此,降低筛箱应力水平,减缓应力集中以使应力分布趋于均匀对于提高振动筛工作可靠性,延长振动筛使用寿命具有重要意义。有限元分析和优化设计是现代设计方法的主要内容。本论文以HFZS1640型振动筛为研究对象,利用大型有限元分析软件ANSYS对振动筛筛箱结构的动态特性问题做了较深入的分析,并在此基础上对筛箱进行了优化,得到了满意的结果。本论文做了如下几方面工作:在总结实际工程经验,综合分析工程图纸和振动筛系统的基础上,利用ANSYS软件建立了合理的振动筛筛箱结构的有限元计算模型,并对建模中的问题进行了详细讨论;运用ANSYS软件对振动筛筛箱结构进行模态分析,获得了筛箱前15阶固有频率和对应的主振型;运用ANSYS软件对振动筛筛箱结构进行谐响应分析,确定了筛箱各结点处位移、动应力分布规律,针对振动筛筛箱本身设计缺陷和薄弱环节提出了改进方案,并进行了分析计算,证明了该方案的有效性;运用ANSYS优化模块,以组成振动筛筛箱各板的厚度为设计变量,以满足筛箱结构强度要求为约束条件,以筛箱总体质量为目标函数对振动筛筛箱进行了尺寸优化。研究结果表明,本文所建立的振动筛筛箱结构的有限元模型较好地反映了筛箱实际结构特点,满足了应力分析的要求;通过模态分析可知,筛箱固有频率和工作频率不重合,不会产生共振;通过谐响应分析可知,筛箱原结构存在设计缺陷,局部有较严重的应力集中,经过结构改进后减缓了应力集中,应力水平显著降低;通过优化设计,筛箱总体质量有所下降,动应力分布较优化前更加均匀,且优化后不会影响振动筛原有的筛分效果。本论文首次把优化设计方法用于振动筛筛箱的优化上,取得了很好的效果。该研究成果对设计振动筛和改进原有振动筛结构提供了一个较好的方法,对有限元和优化方法在其它类似问题中的应用也具有参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 文献综述
• 1.1.1 振动筛的发展现状
• 1.1.2 振动筛结构强度研究概况
• 1.1.3 结构优化设计研究概况
• 1.2 课题的提出
• 1.3 课题研究的内容及研究意义
• 1.3.1 课题研究的内容
• 1.3.2 课题研究意义
• 2 动力有限单元法及ANSYS 软件介绍
• 2.1 动力有限单元法的基本理论
• 2.1.1 有限元法的提出和应用
• 2.1.2 模态分析有限元理论
• 2.1.3 结构动力响应的计算方法
• 2.2 ANSYS 软件介绍
• 3 振动筛筛箱参数化有限元模型的建立
• 3.1 HFZS1640 型振动筛的结构
• 3.2 筛箱模型的简化
• 3.3 单元的选取
• 3.3.1 壳单元的选取
• 3.3.2 弹簧单元的简化
• 3.4 筛箱参数化有限元模型的建立
• 3.4.1 定义实常数和材料属性
• 3.4.2 建模中一些关键问题的处理
• 3.4.3 筛箱有限元模型
• 3.5 激振器的模拟与载荷的施加
• 3.5.1 激振器的简化方式
• 3.5.2 激振力施加方式的选择
• 3.5.3 激振力的施加
• 3.5.4 边界条件的处理
• 4 振动筛筛箱动力学分析
• 4.1 筛箱模态分析
• 4.1.1 ANSYS 软件模态分析特点概述
• 4.1.2 筛箱模态计算结果及分析
• 4.2 筛箱谐响应分析
• 4.2.1 ANSYS 软件谐响应分析概述
• 4.2.2 筛箱谐响应计算结果及分析
• 4.3 筛箱结构局部改进
• 4.3.1 改进方案
• 4.3.2 改进后筛箱谐响应计算结果
• 5 振动筛筛箱的优化设计及分析
• 5.1 ANSYS 优化原理与优化方法
• 5.1.1 优化设计的数学模型
• 5.1.2 ANSYS 的优化原理
• 5.1.3 ANSYS 的优化方法
• 5.1.4 ANSYS 的优化步骤
• 5.2 筛箱的优化过程
• 5.2.1 设计变量的选择
• 5.2.2 目标函数的建立
• 5.2.3 约束条件的确定
• 5.2.4 优化方法的选取
• 5.3 筛箱优化结果及分析
• 6 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢